4-氟苯磺酸苯酯作为一种用于宽温范围 NCM811//石墨电池的多功能成膜电解质添加剂,ACS Applied Energy Materials

当前位置： X-MOL 学术 › ACS Appl. Energy Mater. › 论文详情

Our official English website, www.x-mol.net, welcomes your feedback! (Note: you will need to create a separate account there.)

4-氟苯磺酸苯酯作为一种用于宽温范围 NCM811//石墨电池的多功能成膜电解质添加剂
ACS Applied Energy Materials ( IF 5.4 ) Pub Date : 2022-04-25 , DOI: 10.1021/acsaem.2c00682
Jiasheng Lu _{1,

2} , Xijun Xu ₃ , Weizhen Fan ₂ , Yong Xin ₂ , Wenlian Wang ₂ , Chaojun Fan ₂ , Pengfei Cheng ₂ , Jingwei Zhao ₂ , Jun Liu ₃ , Yanping Huo ₁

Affiliation

LiNi _0.8 Co _0.1 Mn _0.1 O ₂（NCM811）阴极与石墨阳极配对已成为当前动力电池的有希望的替代品。不幸的是，富镍正极在高工作电压下的结构退化会导致严重的容量衰减，从而阻碍了它们在锂离子电池 (LIB) 中的实际应用。在这项工作中，研究了 4-氟苯磺酸苯酯 (PFBS) 作为多功能成膜添加剂，以抑制 NCM811 的结构降解并减轻电解质溶剂的化学分解。计算和实验结果证明，PFBS分子优先发生电化学反应，而不是阴极和阳极上的电解质溶剂，形成稳定且均匀的固体电解质界面（SEI）。1的存在。0 wt % PFBS有利于在NCM811正极处维持稳定的SEI，从而减轻不可逆的结构转变并保持SEI在石墨表面的稳定性。由于 PFBS 的多功能特性，NCM811//石墨软包电池的电化学性能在 -20、25 和 45 °C 下显着提高。值得注意的是，含有 PFBS 添加剂的软包电池在 1C 和 25°C 的 400 次循环中实现了 89.9% 的容量保持率，远高于不含 PFBS 的软包电池的 29.3%。此外，电解液中含有 1 wt% PFBS 的软包电池在 45 °C (89.01%) 和 -20 °C (49.18%) 的 1C 温度下也实现了出色的容量保持率。理论计算和 X 射线光电子能谱分析表明，-OSO 从而减轻不可逆的结构转变并保持SEI在石墨表面的稳定性。由于 PFBS 的多功能特性，NCM811//石墨软包电池的电化学性能在 -20、25 和 45 °C 下显着提高。值得注意的是，含有 PFBS 添加剂的软包电池在 1C 和 25°C 的 400 次循环中实现了 89.9% 的容量保持率，远高于不含 PFBS 的软包电池的 29.3%。此外，电解液中含有 1 wt% PFBS 的软包电池在 45 °C (89.01%) 和 -20 °C (49.18%) 的 1C 温度下也实现了出色的容量保持率。理论计算和 X 射线光电子能谱分析表明，-OSO 从而减轻不可逆的结构转变并保持SEI在石墨表面的稳定性。由于 PFBS 的多功能特性，NCM811//石墨软包电池的电化学性能在 -20、25 和 45 °C 下显着提高。值得注意的是，含有 PFBS 添加剂的软包电池在 1C 和 25°C 的 400 次循环中实现了 89.9% 的容量保持率，远高于不含 PFBS 的软包电池的 29.3%。此外，电解液中含有 1 wt% PFBS 的软包电池在 45 °C (89.01%) 和 -20 °C (49.18%) 的 1C 温度下也实现了出色的容量保持率。理论计算和 X 射线光电子能谱分析表明，-OSO NCM811//石墨软包电池的电化学性能在-20、25和45°C下显着提高。值得注意的是，含有 PFBS 添加剂的软包电池在 1C 和 25°C 的 400 次循环中实现了 89.9% 的容量保持率，远高于不含 PFBS 的软包电池的 29.3%。此外，电解液中含有 1 wt% PFBS 的软包电池在 45 °C (89.01%) 和 -20 °C (49.18%) 的 1C 温度下也实现了出色的容量保持率。理论计算和 X 射线光电子能谱分析表明，-OSO NCM811//石墨软包电池的电化学性能在-20、25和45°C下显着提高。值得注意的是，含有 PFBS 添加剂的软包电池在 1C 和 25°C 的 400 次循环中实现了 89.9% 的容量保持率，远高于不含 PFBS 的软包电池的 29.3%。此外，电解液中含有 1 wt% PFBS 的软包电池在 45 °C (89.01%) 和 -20 °C (49.18%) 的 1C 温度下也实现了出色的容量保持率。理论计算和 X 射线光电子能谱分析表明，-OSO 电解质中含有 1 wt% PFBS 的软包电池在 45 °C (89.01%) 和 -20 °C (49.18%) 的 1C 温度下也实现了出色的容量保持率。理论计算和 X 射线光电子能谱分析表明，-OSO 电解质中含有 1 wt% PFBS 的软包电池在 45 °C (89.01%) 和 -20 °C (49.18%) 的 1C 温度下也实现了出色的容量保持率。理论计算和 X 射线光电子能谱分析表明，-OSO_PFBS的2-和-F官能团不仅参与形成稳定的SEI，而且促进了锂离子的扩散。PFBS在宽温度范围内实现的优异循环性能表明该功能分子在功率LIB中具有应用前景。

"点击查看英文标题和摘要"

Phenyl 4-Fluorobenzene Sulfonate as a Versatile Film-Forming Electrolyte Additive for Wide-Temperature-Range NCM811//Graphite Batteries

LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ (NCM811) cathodes paired with a graphite anode have emerged as a promising alternative for current power batteries. Unfortunately, the structural degradation of Ni-rich cathodes at high working voltages brings about serious capacity fading, sequentially hampering their practical use in lithium-ion batteries (LIBs). In this work, phenyl 4-fluorobenzene sulfonate (PFBS) is investigated as a multifunctional film-forming additive to suppress the structural degradation of NCM811 and alleviate the chemical decomposition of electrolyte solvents. Computational and experimental results prove that the PFBS molecule preferentially undergoes electrochemical reactions rather than the electrolyte solvents on both the cathode and anode to form a stabilized and uniform solid electrolyte interphase (SEI). The presence of 1.0 wt % PFBS is conducive to maintaining a stable SEI at the NCM811 cathode, thus mitigating the irreversible structural transformation and holding the stability of the SEI on the graphite surface. Due to the multifunctional feature of PFBS, the electrochemical performances of the NCM811//graphite pouch cell significantly improved at −20, 25, and 45 °C. Notably, the pouch cell with a PFBS additive achieved a capacity retention of 89.9% over 400 cycles at 1C at 25 °C, which is much superior to that of 29.3% for the PFBS-free one. Furthermore, the pouch cell with 1 wt % PFBS in electrolyte also achieved superior capacity retention at 45 °C (89.01%) and −20 °C (49.18%) at 1C. Theoretical calculation and X-ray photoelectron spectroscopy analysis reveal that the −OSO₂– and −F functional groups of PFBS not only joined in the formation of a stable SEI but also facilitated the diffusion of Li ions. The excellent cycling performance achieved in a wide-temperature region with PFBS demonstrates that this functional molecule has prospects for application in power LIBs.

更新日期：2022-04-25

点击分享查看原文

点击收藏

阅读更多本刊新发论文本刊介绍/投稿指南